NAR | tRNA-seq应用：tRNA二氢尿苷合酶DusA在优化tRNA翻译中的独特机制

转运RNA（tRNA）的化学修饰广泛存在且种类繁多，在tRNA的成熟和功能中扮演着关键角色。二氢尿苷（D）是所有生命域中最保守的RNA修饰之一，最常见于tRNA的D环中。

与其他稳定tRNA结构的修饰不同，二氢尿苷独特的非平面核碱基结构赋予tRNA局部柔性，这可能有助于稳定tRNA的整体三级结构。细菌中主要有DusA、DusB和DusC三个tRNA二氢尿苷合酶家族，它们具有非重叠的特异性。

在大肠杆菌中，DusA负责修饰U20和U20a位点，贡献了细胞内tRNA二氢尿苷总量的一半。尽管DusA和D20修饰高度保守，但其基因缺失在理想条件下并未显示出明显的生长缺陷，因此其确切的细胞功能和分子机制仍不清楚。

2026年4月23日，加拿大曼尼托巴大学Ute Kothe团队在Nucleic Acids Research上发表了题为“The tRNA dihydrouridine synthase DusA has a distinct mechanism in optimizing tRNAs for translation” 的研究论文。研究发现DusA通过一种涉及局部结构重排的两步机制结合tRNA，且相比于未修饰的tRNA，它对已含有其他修饰的底物具有更高的亲和力。

文章索引

【标题】The tRNA dihydrouridine synthase DusA has a distinct mechanism in optimizing tRNAs for translation

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2026年4月23日

【作者及团队】加拿大曼尼托巴大学Ute Kothe团队

【IF】13.1

研究结果

一、DusA具备在体外转录的未修饰tRNA上催化形成二氢尿苷的能力

研究人员利用质谱技术分析了纯化的DusA对体外转录tRNA Phe的修饰效果，证明其能将U20位点高效转化为D20。

虽然DusA对已修饰底物有偏好，但实验证实其活性并不绝对依赖于预先存在的其他修饰，且催化残基C114对此过程至关重要。

二、DusA在辅助因子氧化过程中表现出对NADPH的显著选择性

通过监测NAD(P)H在340nm处的吸光度变化，研究发现DusA氧化NADPH的速率远高于NADH。

动力学实验还证实K153A突变体会通过破坏FMN辅助因子的结合，显著削弱酶的氧化还原活性。

三、DusA通过包含局部构象重排的两步机制识别并结合tRNA

利用硝酸纤维素滤膜结合法和荧光停止流技术，研究确定了DusA与tRNA结合包含初始识别和随后导致的tRNA局部结构调整。

实验显示DusA对带有s⁴U8、m⁵U54和Ψ55修饰的tRNA具有更高的亲和力，暗示其倾向于作用于已部分成熟的底物。

四、DusA缺失对体内tRNA的丰度、氨基酰化及协同修饰产生特异性影响

利用tRNA-seq分析发现，dusA缺失仅导致极少数tRNA的氨基酰化水平下降，并意外引起tRNA肘部acp³U47修饰水平的降低。

这表明DusA并非全局性的tRNA伴侣，其功能更多体现在对特定tRNA种类的精细加工上。

五、DusA通过优化特定tRNA的功能来提高特定密码子的翻译效率

研究通过双荧光报告系统分析了多组密码子的翻译情况，发现dusA缺失会导致21个特定密码子的翻译速度显著减慢。

由于这些效应与tRNA丰度的变化并不完全一致，暗示D20修饰可能通过增强tRNA在多聚核糖体上的易位效率来直接促进翻译。

总结

本文揭示了DusA通过独特的两步结合机制在tRNA成熟的中后期发挥作用，这与早期作用的tRNA伴侣TrmA和TruB形成了互补。DusA介导的D20修饰通过微调特定tRNA在多聚核糖体上的活动，为细胞蛋白质合成的优化提供了关键的精细调节机制。